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CAN-010, Conexión de un conversor A/D MCP3204 a módulos Rabbit
Nota de Aplicación: CAN-010
Título: Conexión de un conversor A/D MCP3204 a módulos Rabbit
Autor: Sergio R. Caprile, Senior Engineer
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0 14/8/03
Con el fin de proporcionar entradas analógicas a los módulos Rabbit; introducimos el MCP3204 de
Microchip (conversor analógico-digital de 12 bits), y desarrollamos su conexión con estos módulos mediante la
interfaz SPI. Desarrollamos además un simple driver para obtener los datos del conversor, con un modesto
ejemplo.
Descripción del MCP3204
El MCP3204 de Microchip es un conversor analógico-digital de 12 bits por
aproximaciones sucesivas (SAR) con interfaz SPI. Dispone de cuatro entradas que
puede configurar como 4 canales single-ended ó 2 canales pseudo-diferenciales (el
potencial de la entrada IN- no debe alejarse más de unos 100mV del potencial de
GND). La referencia de tensión debe ser externa, funciona a 3 ó 5V y su velocidad
de conversión (12 pulsos de clock) ronda las 100Ksps a 5V. Siendo un conversor de
12 bits, su ecuación de funcionamiento es:
D 212
Vi
, donde Vi es la
V ref
tensión equivalente de entrada, Vref la tensión de referencia, y D el número entregado por el conversor.
Definimos como tensión equivalente de entrada a la tensión en el pin IN+ en modo single-ended y a la
diferencia IN+ - IN- en modo diferencial.
La figura siguiente muestra el funcionamiento de la interfaz SPI:
Como podemos observar, formateando adecuadamente el comando, obtendremos 24 bits de los cuales nuestro
resultado estará justificado a la derecha, es decir, en los 12 bits menos significativos
Hardware
CAN-010
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CAN-010, Conexión de un conversor A/D MCP3204 a módulos Rabbit
Conectamos el MCP3204 a un port serie sincrónico del módulo
Rabbit. En este caso, dado que disponemos de un RCM2100,
Vcc
CLKB (PB.0)
CLK
utilizamos el port serie B. Necesitamos además una salida para oficiar
CH0
RXB (PC.5)
Do
de chip enable, utilizaremos PD.0 para tal fin.
De más está decir que la estabilidad de la fuente de VREF influye
Di
TXB (PC.4)
directamente sobre la estabilidad de la medición, y que la conexión de
VREF
CS
PD.0
las masas analógica y digital es fundamental, junto con una buena
AGND DGND
disposición de las pistas. Se recomienda particularmente la utilización
de planos de tierra.
Para el ejemplo, como simplemente nos interesa desarrollar el driver y observar que funciona, usaremos Vcc
como referencia y conectaremos un potenciómetro entre Vcc y GND, con su cursor a la entrada del canal CH0;
configurado como single-ended. El valor de salida corresponderá a 0x000 cuando el cursor esté a masa y
0xFFF cuando esté a 5V.
Software
Utilizar la interfaz SPI en el port B significa definir el port e incluir la biblioteca de funciones:
#define SPI_SER_B
#define SPI_CLK_DIVISOR
#use SPI.LIB
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Ahora inicializamos el hardware de Rabbit para funcionar con el hardware descripto en esta nota:
void initAD()
{
BitWrPortI ( PDDR, &PDDRShadow, 1, 0 );
BitWrPortI ( PDDCR, &PDDCRShadow, 0, 0 );
WrPortI ( PDCR, &PDCRShadow, 0 );
BitWrPortI ( PDDDR, &PDDDRShadow, 1, 0 );
SPIinit();
}
//
//
//
//
//
CS = 1 (off)
PD.0 "normal" (sin open drain)
salida controlada por instrucción
PD.0 = output
inicializa interfaz SPI
Seguidamente, un simple driver para realizar la lectura del A/D. Hemos elegido C para esta tarea como
demostración. De ser necesaria máxima velocidad, es posible que el lector deba utilizar assembler.
La variable Command es formateada acorde al comando del MCP3204: bit de start, single-ended o
diferencial, y 3 bits que definen el canal, aunque sólo se utilizan los dos menos significativos.
La rutina se invoca con el valor del canal como parámetro y devuelve el resultado del A/D en un entero.
#define START 0x80
#define SINGLE 0x40
int ReadAD ( int Channel)
{
int Command, j;
struct {
char
b;
int
i;
} Data;
// 24 bits
Command = START|SINGLE | ((Channel/4)<<5) | ((Channel/2)<<4) | ((Channel&1)<<3);
Command <<= 3;
// posición para obtener LSB justif a la derecha
Command = SwapBytes ( Command );
// pone el MSB primero (Z80 es LSB primero)
BitWrPortI ( PDDR, &PDDRShadow, 0, 0 );
SPIWrRd ( &Command, &Data, 3 );
BitWrPortI ( PDDR, &PDDRShadow, 1, 0 );
j = Data.i;
j = SwapBytes ( j ) & 0x0FFF;
return(j);
//
//
//
//
//
baja CS
transmite y recibe 24 bits
sube CS
toma 16 bits útiles
pone LSB primero, considera 12 bits
}
CAN-010
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CAN-010, Conexión de un conversor A/D MCP3204 a módulos Rabbit
// invierte (swap) los bytes de un entero
// parámetro y resultado en HL
#asm
SwapBytes::
ld
a, L
; salva LSB
ld
L, H
; MSB -> LSB
ld
H, A
; recupera LSB en MSB
ret
#endasm
Un simple programa de ejemplo: leemos el valor del conversor, y sabiendo que su entrada está entre 0 y 5V
mostramos en una ventana de Dynamic C el valor de dicha tensión.
void main ()
{
int Value;
float volts, ScaleFactor;
ScaleFactor = 5.0/4096.0;
initAD();
while (1) {
Value = ReadAD ( 0 );
volts = (float) Value * ScaleFactor;
printf ( "Value = %5.3f \r", volts );
}
}
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